Романов - Биологическое действие вибрации и звука - 1991, страница 3

активное состояние белка. Наконец, иммунологические свойства повышаются, увеличивается преципитация антитела на единицу массы антигена. Исследования на вирусах и бактериях с использованием вибрации в качестве одного из методических приемов дают еще ряд ценных сведений, связанных с природой действия самой вибрации. Показано, например, что эффект разрушения клеток бактерий и простейших под влиянием звуковой вибрации с частотами от 0.2 до 20 кГц зависит от частоты, характерной для каждого вида объекта, и, что для нас представляется особенно интересным, максимальный эффект наблюдается в об.

ласти резонансных частот, которые также являются характерными для каждого вида. Остановимся теперь на серии исследований, которые лишь косвенно указывают на чувствительность вирусов и бактерий к низкочастотным механическим колебаниям. Эти работы связаны с объектами, побывавшими в космосе. Н. Н. Жуков-Вережников с соавторами исследовал фагопродукцию лизогенных бактерий кишечной палочки Ксь подвергавшихся действию факторов космического полета на «Востоке-3» и «Востоке-4».

Как известно, процесс образования фага наблюдается и спонтанно; известно также, что этот процесс значительно ускоряется под влиянием ионизирующей радиации сравнительно слабыми дозами. Исследования показали, что бактерии, побывавшие в космосе, продуцируют фаги в 4 с лишним раза интенсивнее, чем их контроль, остававшийся на Земле. Замеры радиации показали, что она по крайней мере на порядок ниже той, которая, отдельно взятая, повышает фагопродукцию. Академик Н. П.

Дубинин, наблюдая аналогичную ситуацию при исследовании генетического эффекта действия космического полета на плодовую мушку (дрозофилу), высказал предположение о возможном усилении эффекта радиации на фоне вибрации. При оценке действия космического полета на лизогенные бактерии Н. Н. Жуков-Вережников с соавторами пришли к такому же выводу. Проверочные опыты в наземных условиях показали, что вибрации с частотами от 35 до 700 Гц и ускорением в 1О и усиливают эффект облучения гамма-лучами (шСо) примерно в 2 раза. Аналогичные результаты были получены Н.

И. Рыбаковым и В. А. Козловым в экспериментах на лизогенных бактериях. Реакцию бактерий оценивали по величине Р— отношение числа индуцированных фагов к спонтанно возникающим. Судя по приведенным данным, только вибрация с частотами от 20 до 700 Гц даже несколько снижает спонтанное образование фагов, но в сочетании с облучением фагообразование повышается.

При исследованиях культуры Не).а было установлено, что вибрация, в сочетании с другими факторами космического полета, замедляет скорость роста, повышает чувствительность бактерии к последующим воздействиям. Авторы допускают возможность генетического действия всего комплекса факторов космического полета, и в особенности невесомости. Однако глубокого анализа биологического действия фактора невесомости не приводится. Таким образом, во-первых, механические колебания в диапазоне частот слышимых звуков (до 10 000 Гц) вызывают структурные и функциональные нарушения в вирусах и в бактериальных клетках. Характер этих 14 нарушений однозначен: дезинтеграция структуры н подавление (угнетение) свойственной данному объекту биологической функции. Во-вторых, имеется частотная зависимость эффекта вибрации. Различные виды бактерий и их фаги характеризуются различной чувствительностью к одной и той же частоте колебаний.

С известным допущением можно сказать, что каждый вид бактерий обладает повышенной чувствительностью только к определенной, характерной для данного вида частоте колебаний. Простейшие К сожалению, этот огромный и разнообразный тип живых существ, лежащий у самых истоков эволюции животного царства, не был до сих пор предметом систематических исследований с точки зрения эволюции механорецепторного аппарата.

Между тем протистологи отмечают наличие дифференциальной чувствительности к различным формам механической энергии даже у наиболее примитивных форм простейших, например у амеб. Электронно. микроскопические исследования не дали каких-либо указаний на наличие структурных образований в теле амебы, воспринимающих механическую энергию. Если амеба и другие виды простейших не обладают неким структурно обособленным механорецепторным аппаратом, то из этого следует вывод, что рецептором является сама живая (может быть белковая)) структура.

Формирование этой живой структуры на Земле шло с учетом постоянно действующих механических факторов, с тем чтобы, с одной стороны, создать в процессе эволюции и закрепить в ее конструкции структуру, способную воспринимать этот внд энергии, а с другой — найти конструктивный вариант, обеспечивающий максимальную механическую прочность. Этот начальный отрезок пути эволюции пока изучен недостаточно. Мы располагаем лишь небольшим объемом собственных экспериментальных данных, полученных на инфузориях, подвергавшихся низкочастотной вибрации. Исследования проведены на культуре, много лет содержащейся в лабораторных условиях.

Питательной средой служила среда Лозино-Лозинского. Известно, гв что в индивидуальной жизни у инфузорий имеются два биологически важных периода. После отсидки в свежую питательную среду особи начинают усиленно делиться. Этот период называется стадией лагфазы. Она обычно длится 5 — 6 сут. Вслед за ней наступает так называемая стационарная стадия, когда происходят рост особей и один из важнейших биологических процессов — конъюгация.

Ббльшая часть опытов произведена на 4 — 5-е сут пересадки. Продолжительность вибрации 30 мин, частота от 25 до 4000 Гц, ускорение 5 ц. Реакцию особей на вибрацию оценивали по количеству пищеварительных вакуолей, которые образуются за определенный отрезок времени у особей в норме и у подвергавшихся вибрации. Для контраста вакуолей вводилась китайская тушь. Первоначально ставилась сугубо альтернативная задача; выяснить степень чувствительности парамеций к механическим колебаниям. Первые же опыты показали, что степень чувствительности зависит от частоты вибрации.

Наибольшая чувствительность оказалась к частоте 1000 Гц. При вибрации с этой частотой фагоцитарная активность подавляется в среднем на 60 ооо. Обнаружена частота, при которой фагоцитарная активность стимулируется. Такой частотой является 3000 Гц. К сожалению, нам неизвестны суждения зоологов о биологическом или экологическом значении действия механических колебаний того или иного диапазона частот. Мы лишь констатируем наличие чувствительности к вибрации у простейших. Интересно отметить, что обнаруживается несколько эффективно действующих частот: 25, 300, 500, 1000, 3000 Гц, а,например, к частотам 100, 200, 700, 2000 Гц инфузории не чувствительны! Эти факты наводят на мысль, что особи имеют ряд структур, чувствительных к вибрации разных частот, которые обеспечивают биологически столь важную функцию, как фагоцитоз.

Заслуживает внимания еще одно наблюдение. Речь идет о спонтанной смене фагоцитарной активности в различные стадии индивидуальной жизни особи и изменений при этом чувствительности к вибрации. Максимальное падение фагоцитарной активности наблюдается на 3-и сутки после отсадкн. Вибрация в это время, и в особенности на 6-е сутки, максимально подавляет активность. Вероятно,мы встречаемся с фундаменталь- 16 ным явлением в биологии, так называемым критическим периодом чувствительности к внешним факторам.

Природа этого удивительного явления пока не изучена. Проблема, поставленная эмбриологами около 100 лет тому назад, до сих пор остается, к сожалению, не решенной. Приведенные данные позволяют заключить, что, вопервых, простейшие (парамеции) обладают чувствительностью к механическим колебаниям. Во-вторых, особи обладают рядом структур, каждая из которых чувствительна лишь к определенным частотам вибрации. И, в-третьих, чувствительность к вибрации, кроме прочего, зависит от фазы роста особи. Максимальная чувствительность наблюдается в конце лагфазы. О чувствительности простейших к механическим воздействиям имеется обширная литература.

В исследованиях конца Х!Х вЂ нача ХХ вв. чувствительность особей к механическим раздражениям оценивалась по поведению животного и выражалась в терминах тропизма или таксиса: тигматаксис, реотаксис, геотаксис. Термин тропизм был впервые введен в начале Х(Х в. Декандолем для растений. Он обозначал явление, связанное с направлением роста, положением листа, стебля, корня. Аналогичные явления: направление движения, изменения положения тела наблюдаются и в животном царстве. Стремление животных к контакту с твердыми телами называют сигмотаксисом.

Ж. Леб это явление назвал стереотропизмом. Стремление животных навстречу раздражителю, например потокам воздуха, жидкости, принято обозначать термином реотаксис. Побуждение двигаться в направлении силы земного тяготения называют геотаксисом или геотропизмом, соответственно различают геотаксис положительный и отрицательный.

Возвращаясь к предмету нашего описания, касающегося чувствительности простейших к вибрации, следует сказать, что на ранних этапах эволюции животный мир еще не обладал способностью тонко дифференцировать в отдельности все виды механической энергии: колебания среды, давления, импульсы, гравитацию— скорее всего, все эти виды энергии воспринимались суммарно, всей структурой особи, а результаты их действий проявлялись в виде того или иного тропизма (таксиса). 17 Наиболее обширные исследования геотропизма у простейших проведены еще в конце прошлого века. Было установлено, что явление геотропизма определяется не только силами гравитации, но и другими видами раздражения: химическими, термическими, возможно, световыми и др.

Окончательный выбор направления движений не в меньшей степени зависит от исходного функционального состояния. Вообще говоря, перемена знака таксиса (тропизма) положительный — отрицательный — явление довольно распространенное и наблюдается на самых различных видах живых существ — от простейших до человека. Это явление перемены знака также примечательно в том смысле, что отражает довольно общую биологическую реакцию; конечно, ответ определяется не природой и интенсивностью раздражителя, а природой и функциональным состоянием биологического объекта. Проявление этой закономерности реакции наблюдается на биологических системах различной сложности организации на всех этапах эволюции.